Diversiteti i jetës në planetin tonë është mahnitës në shkallën e tij. Studimet e fundit nga shkencëtarët kanadezë japin një shifër prej 8.7 milionë lloje kafshësh, bimësh, kërpudhash dhe mikroorganizmash që banojnë në planetin tonë. Për më tepër, vetëm rreth 20% e tyre janë përshkruar, dhe kjo është 1.5 milion specie të njohura për ne. Organizmat e gjallë kanë populluar të gjitha zonat ekologjike në planet. Nuk ka vend brenda biosferës ku nuk do të kishte jetë. Në vrimat e vullkaneve dhe në majën e Everestit - kudo gjejmë jetë në manifestimet e saj të ndryshme. Dhe, padyshim, natyra i detyrohet një shumëllojshmërie dhe shpërndarjeje të tillë me shfaqjen në procesin e evolucionit të fenomenit të gjaknxehtësisë (organizmave homeotermikë).
Kufiri i jetës është temperatura
Baza e jetës është metabolizmi i trupit, i cili varet nga shpejtësia dhe natyra e proceseve kimike. PORkëto reaksione kimike janë të mundshme vetëm në një interval të caktuar temperaturash, me treguesit e tyre dhe kohëzgjatjen e ekspozimit. Për një numër më të madh organizmash, treguesit kufitarë të regjimit të temperaturës së mjedisit konsiderohen të jenë nga 0 në +50 gradë Celsius.
Por ky është një përfundim spekulativ. Do të ishte më e saktë të thuhet se kufijtë e temperaturës së jetës do të jenë ato në të cilat nuk ka denatyrim të proteinave, si dhe ndryshime të pakthyeshme në karakteristikat koloidale të citoplazmës së qelizave, një shkelje e aktivitetit të enzimave vitale. Dhe shumë organizma kanë evoluar sisteme enzimatike shumë të specializuara që i kanë lejuar ata të jetojnë në kushte shumë përtej këtyre kufijve.
Klasifikimi mjedisor
Kufijtë e temperaturave optimale të jetës përcaktojnë ndarjen e formave të jetës në planet në dy grupe - kriofile dhe termofile. Grupi i parë preferon të ftohtin për jetën dhe është i specializuar për jetën në kushte të tilla. Më shumë se 80% e biosferës së planetit janë rajone të ftohta me një temperaturë mesatare prej +5 °C. Këto janë thellësitë e oqeaneve, shkretëtirat e Arktikut dhe Antarktikut, tundra dhe malësitë. Rritja e rezistencës ndaj të ftohtit sigurohet nga përshtatjet biokimike.
Sistemi enzimatik i kriofileve ul në mënyrë efektive energjinë e aktivizimit të molekulave biologjike dhe ruan metabolizmin në qelizë në një temperaturë afër 0 °C. Në të njëjtën kohë, përshtatjet shkojnë në dy drejtime - në përvetësimin e rezistencës (kundërshtimit) ose tolerancës (rezistencës) ndaj të ftohtit. Grupi ekologjik i termofilëve janë organizma që janë optimalë përjetët e të cilëve janë zona me temperatura të larta. Veprimtaria e tyre jetësore sigurohet edhe nga specializimi i përshtatjeve biokimike. Vlen të theksohet se me ndërlikimin e organizimit të organizmit zvogëlohet aftësia e tij për termofili.
Temperatura e trupit
Bilanci i nxehtësisë në një sistem të gjallë është tërësia e hyrjes dhe daljes së tij. Temperatura e trupit të organizmave varet nga temperatura e ambientit (nxehtësia ekzogjene). Për më tepër, një atribut i detyrueshëm i jetës është nxehtësia endogjene - një produkt i metabolizmit të brendshëm (proceset oksiduese dhe prishja e acidit trifosforik të adenozinës). Aktiviteti jetësor i shumicës së specieve në planetin tonë varet nga nxehtësia ekzogjene, dhe temperatura e trupit të tyre varet nga rrjedha e temperaturave të ambientit. Këta janë organizma poikilotermikë (poikilos - të ndryshëm), në të cilët temperatura e trupit është e ndryshueshme.
Poikilotherms janë të gjithë mikroorganizma, kërpudha, bimë, jovertebrore dhe shumica e akordave. Dhe vetëm dy grupe vertebroresh - zogjtë dhe gjitarët - janë organizma homoiotermikë (homoios - të ngjashëm). Ata mbajnë një temperaturë konstante të trupit, pavarësisht nga temperatura e ambientit. Ata quhen edhe kafshë me gjak të ngrohtë. Dallimi i tyre kryesor është prania e një rrjedhe të fuqishme të nxehtësisë së brendshme dhe një sistemi mekanizmash termorregullues. Si rezultat, në organizmat homoiotermikë, të gjitha proceset fiziologjike kryhen në temperatura optimale dhe konstante.
E vërtetë dhe e rreme
Disa poikilothermsorganizmat si peshqit dhe ekinodermat kanë gjithashtu një temperaturë trupore konstante. Ata jetojnë në kushte të temperaturave të jashtme konstante (thellësitë e oqeanit ose shpellave), ku temperatura e ambientit nuk ndryshon. Ata quhen organizma fals homoiotermikë. Shumë kafshë që përjetojnë letargji ose përgjumje të përkohshme kanë temperaturat e trupit të luhatshme. Këta organizma vërtet homoiotermikë (shembuj: marmotat, lakuriqët e natës, iriqët, swifts dhe të tjerë) quhen heterotermikë.
E dashur aromorfozë
Shfaqja e homoiotermisë në qeniet e gjalla është një blerje evolucionare që konsumon shumë energji. Studiuesit ende po debatojnë për origjinën e këtij ndryshimi progresiv në strukturë, i cili çoi në një rritje të nivelit të organizimit. Shumë teori janë propozuar për origjinën e organizmave me gjak të ngrohtë. Disa studiues pranojnë se edhe dinosaurët mund ta kenë këtë veçori. Por me gjithë mosmarrëveshjet e shkencëtarëve, një gjë është e sigurt: shfaqja e organizmave homoiotermikë është një fenomen bioenergjetik. Dhe ndërlikimi i formave të jetës shoqërohet me përmirësimin funksional të mekanizmave të transferimit të nxehtësisë.
Kompensimi i temperaturës
Aftësia e disa organizmave poikilotermikë për të mbajtur një nivel konstant të proceseve metabolike në një gamë të gjerë ndryshimesh në temperaturën e trupit sigurohet nga përshtatjet biokimike dhe quhet kompensim i temperaturës. Ai bazohet në aftësinë e disa enzimave për të ndryshuar konfigurimin e tyre me uljen e temperaturës dhe për të rritur afinitetin e tyre me substratin, duke rritur shpejtësinë e reaksioneve. Për shembull, në midhjet bivalvesNë detin Barents, konsumi i oksigjenit nuk varet nga temperaturat e ambientit, të cilat variojnë nga 25 °C (+5 në +30 °C).
Format e ndërmjetme
Biologët evolucionistë kanë gjetur të njëjtët përfaqësues të formave kalimtare nga gjitarët poikilotermikë tek ato me gjak të ngrohtë. Biologët kanadezë nga Universiteti Brock kanë zbuluar gjaknxehtësi sezonale në tegu argjentinas bardh e zi (Alvator merianae). Kjo hardhucë pothuajse metër jeton në Amerikën e Jugut. Ashtu si shumica e zvarranikëve, tegu zhytet në diell gjatë ditës dhe fshihet në strofulla dhe shpella gjatë natës, ku ftohet. Por gjatë sezonit të shumimit nga shtatori deri në tetor, temperatura e tegut, ritmi i frymëmarrjes dhe ritmi i kontraktimeve të zemrës në mëngjes rriten ndjeshëm. Temperatura e trupit të një hardhucë mund të tejkalojë temperaturën në një shpellë me dhjetë gradë. Kjo vërteton kalimin e formave nga kafshët gjakftohtë në kafshë homoiotermike.
Mekanizmat e termorregullimit
Organizmat homootermikë gjithmonë punojnë për të siguruar funksionimin e sistemeve kryesore - qarkullues, respirator, ekskretues - duke gjeneruar një minimum të prodhimit të nxehtësisë. Ky minimum i prodhuar në pushim quhet metabolizëm bazal. Kalimi në gjendjen aktive te kafshët me gjak të ngrohtë rrit prodhimin e nxehtësisë dhe atyre u nevojiten mekanizma për të rritur transferimin e nxehtësisë për të parandaluar denatyrimin e proteinave.
Procesi i arritjes së një ekuilibri midis këtyre proceseve sigurohet nga termorregullimi kimik dhe fizik. Këta mekanizma sigurojnë mbrojtjen e organizmave homoiotermikë nga temperaturat e ulëta dhembinxehje. Mekanizmat për mbajtjen e një temperature konstante të trupit (termoregulimi kimik dhe fizik) kanë burime të ndryshme dhe janë shumë të ndryshme.
Termorregullimi kimik
Në përgjigje të uljes së temperaturës së mjedisit, kafshët me gjak të ngrohtë rrisin në mënyrë refleksive prodhimin e nxehtësisë endogjene. Kjo arrihet duke rritur proceset oksiduese, veçanërisht në indet e muskujve. Tkurrja e pakoordinuar e muskujve (dridhja) dhe toni termorregullues janë fazat e para të rritjes së prodhimit të nxehtësisë. Në të njëjtën kohë, metabolizmi i lipideve rritet, dhe indi dhjamor bëhet çelësi për një termorregullim më të mirë. Gjitarët në një klimë të ftohtë madje kanë yndyrë kafe, e gjithë nxehtësia nga oksidimi i së cilës shkon për të ngrohur trupin. Ky shpenzim i energjisë kërkon që kafsha ose të konsumojë një sasi të madhe ushqimi ose të ketë rezerva të konsiderueshme yndyre. Me mungesën e këtyre burimeve, termorregullimi kimik ka kufijtë e tij.
Mekanizmat e termorregullimit fizik
Ky lloj termorregullimi nuk kërkon kosto shtesë për gjenerimin e nxehtësisë, por kryhet duke ruajtur nxehtësinë endogjene. Ajo kryhet nga avullimi (djersitja), rrezatimi (rrezatimi), përcjellja e nxehtësisë (përcjellja) dhe konvekcioni i lëkurës. Metodat e termorregullimit fizik janë zhvilluar gjatë evolucionit dhe po bëhen gjithnjë e më të përsosura kur studiohet seria filogjenetike nga insektngrënësit dhe lakuriqët e natës deri te gjitarët.
Një shembull i një rregullimi të tillë është ngushtimi ose zgjerimi i kapilarëve të gjakut të lëkurës, i cili ndryshonpërçueshmëria termike, vetitë izoluese të nxehtësisë së leshit dhe puplave, shkëmbimi i nxehtësisë së kundërt të gjakut midis enëve sipërfaqësore dhe enëve të organeve të brendshme. Shpërndarja e nxehtësisë rregullohet nga pjerrësia e flokëve të leshit dhe puplave, midis të cilave ruhet një hendek ajri.
Tek gjitarët detarë, yndyra nënlëkurore shpërndahet në të gjithë trupin, duke mbrojtur endo-nxehtësinë. Për shembull, në vula, një qese e tillë yndyre arrin deri në 50% të peshës totale. Kjo është arsyeja pse bora nuk shkrihet nën vulat e shtrira në akull për orë të tëra. Për kafshët që jetojnë në klimë të nxehtë, një shpërndarje e barabartë e yndyrës së trupit në të gjithë sipërfaqen e trupit do të ishte fatale. Prandaj, yndyra e tyre grumbullohet vetëm në pjesë të caktuara të trupit (gunga e devesë, bishti i dhjamosur i deles), gjë që nuk pengon avullimin nga e gjithë sipërfaqja e trupit. Përveç kësaj, kafshët e klimës së ftohtë veriore kanë një ind dhjamor të veçantë (dhjamë kafe), e cila përdoret plotësisht për ngrohjen e trupit.
Më shumë në jug - veshë më të mëdhenj dhe këmbë më të gjata
Pjesë të ndryshme të trupit janë larg nga ekuivalenti për sa i përket transferimit të nxehtësisë. Për të ruajtur transferimin e nxehtësisë, raporti i sipërfaqes së trupit dhe vëllimit të tij është i rëndësishëm, sepse vëllimi i nxehtësisë së brendshme varet nga masa e trupit, dhe transferimi i nxehtësisë ndodh përmes mbulesave. Pjesët e trupit që dalin kanë një sipërfaqe të madhe, e cila është e mirë për klimat e nxehta, ku kafshët me gjak të ngrohtë kanë nevojë për shumë transferim të nxehtësisë. Për shembull, veshë të mëdhenj me shumë enë gjaku, gjymtyrë të gjata dhe bisht janë tipike për banorët e një klime të nxehtë (elefanti, dhelpra fennec, afrikanejerboa me veshë të gjatë). Në kushte të ftohta, përshtatja ndjek rrugën e kursimit të zonës në vëllim (veshët dhe bishti i vulave).
Ekziston një ligj tjetër për kafshët me gjak të ngrohtë - sa më në veri të jetojnë përfaqësuesit e një grupi filogjenetik, aq më të mëdhenj janë ata. Dhe kjo lidhet gjithashtu me raportin e vëllimit të sipërfaqes së avullimit, dhe, në përputhje me rrethanat, humbjen e nxehtësisë dhe masën e kafshës.
Etologjia dhe transferimi i nxehtësisë
Veçoritë e sjelljes luajnë gjithashtu një rol të rëndësishëm në proceset e transferimit të nxehtësisë, si për kafshët poikilotermike ashtu edhe ato homeotermike. Kjo përfshin ndryshime në qëndrim, ndërtimin e strehimoreve dhe migrime të ndryshme. Sa më e madhe të jetë thellësia e vrimës, aq më e qetë është rrjedha e temperaturave. Për gjerësitë mesatare, në një thellësi prej 1,5 metrash, luhatjet sezonale të temperaturës janë të padukshme.
Sjellja e grupit përdoret gjithashtu për termorregullim. Pra, pinguinët grumbullohen së bashku, duke u kapur fort me njëri-tjetrin. Brenda grumbullit, temperatura është afër temperaturës së trupit të pinguinëve (+37 ° C) edhe në ngricat më të rënda. Devetë bëjnë të njëjtën gjë - në qendër të grupit temperatura është rreth +39 °C, dhe leshi i kafshëve më të largëta mund të nxehet deri në +70 °C.
Letargji është një strategji e veçantë
Gjendja e turbullt (trupi) ose letargji janë strategji të veçanta të kafshëve me gjak të ngrohtë që lejojnë përdorimin e ndryshimeve në temperaturën e trupit për qëllime adaptive. Në këtë gjendje, kafshët ndalojnë së mbajturi temperaturën e trupit dhe e reduktojnë atë pothuajse në zero. Letargji karakterizohet nga një ulje e shkallës metabolike dhekonsumi i burimeve të grumbulluara. Kjo është një gjendje fiziologjike e rregulluar mirë, kur mekanizmat termorregullues kalojnë në një nivel më të ulët - rrahjet e zemrës zvogëlohen (për shembull, në një dhomë gjumi nga 450 në 35 rrahje në minutë), konsumi i oksigjenit zvogëlohet me 20-100 herë.
Zgjimi kërkon energji dhe ndodh nga vetë-ngrohja, gjë që nuk duhet ngatërruar me stuporin e kafshëve gjakftohtë, ku shkaktohet nga ulja e temperaturës së ambientit dhe është një gjendje e parregulluar nga vetë trupi (zgjimi ndodh nën ndikimin e faktorëve të jashtëm).
Mështirësia është gjithashtu një gjendje e rregulluar, por temperatura e trupit bie vetëm me disa gradë dhe shpesh shoqëron ritmet cirkadiane. Për shembull, kolibrat mpihen natën kur temperatura e trupit të tyre bie nga 40°C në 18°C. Ka shumë kalime midis torporit dhe letargji. Pra, megjithëse ne e quajmë gjumin e arinjve në dimër letargji, në fakt, metabolizmi i tyre zvogëlohet pak dhe temperatura e trupit të tyre bie vetëm me 3-6 ° C. Pikërisht në këtë gjendje ariu lind këlyshë.
Pse ka pak organizma homoiotermikë në mjedisin ujor
Ndër hidrobiontet (organizmat që jetojnë në mjedisin ujor) ka pak përfaqësues të kafshëve me gjak të ngrohtë. Balenat, delfinët, fokat e leshit janë kafshë ujore dytësore që janë kthyer në mjedisin ujor nga toka. Ngrohtësia shoqërohet kryesisht me një rritje të proceseve metabolike, baza e të cilave janë reaksionet e oksidimit. Dhe oksigjeni luan një rol të madh këtu. Dhe, siç e dini, nënë mjedisin ujor, përmbajtja e oksigjenit nuk është më e lartë se 1% në vëllim. Difuzioni i oksigjenit në ujë është mijëra herë më pak se në ajër, gjë që e bën atë edhe më pak të disponueshëm. Përveç kësaj, me një rritje të temperaturës dhe pasurimin e ujit me komponime organike, përmbajtja e oksigjenit zvogëlohet. E gjithë kjo e bën ekzistencën e një numri të madh organizmash me gjak të ngrohtë në mjedisin ujor energjikisht të pafavorshme.
Pro dhe kundër
Përparësia kryesore e kafshëve me gjak të ngrohtë ndaj atyre me gjak të ftohtë është gatishmëria e tyre për të vepruar pavarësisht nga temperatura e ambientit. Kjo është një mundësi për të përballuar temperaturat e natës afër ngrirjes dhe zhvillimin e territoreve veriore të tokës.
E meta kryesore e gjaknxehtësisë është konsumi i lartë i energjisë për të mbajtur një temperaturë konstante të trupit. Dhe burimi kryesor për këtë është ushqimi. Një luan me gjak të ngrohtë ka nevojë për dhjetë herë më shumë ushqim sesa një krokodil gjakftohtë me të njëjtën peshë.
